精餾設(shè)計實驗(共15頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精餾設(shè)計實驗摘要 本實驗采用乙醇-正丙醇混合液為原料，通過控制單一變量來研究不同回流比、不同的進(jìn)料流量等對精餾塔效率的影響，得出影響塔分離效率的規(guī)律。Abstract：This experiment uses ethanol-propyl alcohol mixture as raw materials.Tower separation efficiency of law will be found out by controlling a single variable to study different reflux ratio and feed effect

2、of flow on distillation tray efficiency.1、 前言 本實驗通過控制單一變量來研究不同回流比、不同的進(jìn)料流量等對精餾塔效率的影響，得出影響塔分離效率的規(guī)律。回流是精餾操作得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)，是精餾操作的重要參數(shù)之一，它的大小影響著精餾操作的分離效果和能耗。此外，不同進(jìn)料位置、不同進(jìn)料濃度、不同進(jìn)料量等同樣影響著精餾操作的分離效果。在塔設(shè)備的實際操作中，由于受到傳質(zhì)時間和傳質(zhì)面積的限制以及其它一些因素的影響，一般不可能達(dá)到汽液平衡狀態(tài)，實際塔板的分離作用低于理論塔板，因此，可以利用全塔效率和單板效率來表示塔的分離效果。2 、實驗研究2.1 實驗裝置2.1.1 精

3、餾設(shè)備 2.1.1.1 精餾塔精餾塔為篩板塔，共有10塊塔板，塔身設(shè)有一節(jié)玻璃視盅。篩孔為正三角形排列。蒸餾釜裝有液面計、電加熱棒、控溫電熱棒、溫度計接口、測壓口和取樣口，分別用于觀察釜內(nèi)液面高度、控制電加熱量、測量釜溫、測量塔板壓降和塔釜液相取樣。塔頂冷凝器為一蛇管式換熱器，管外走蒸汽，管內(nèi)走冷卻水。塔釜裝有兩支不銹鋼加熱棒，總功率為1千瓦，分兩組加熱，其中一組3千瓦由可控硅調(diào)節(jié)加熱功率。儀表控制柜分別裝有電流表、顯示儀表和控制開關(guān)，回流量、產(chǎn)品量、進(jìn)料量分別由轉(zhuǎn)子流量計計量，中間罐與回流流量計之間裝有取樣考克，用于測定全回流時回流液的濃度。實驗裝置流程如圖1所示。2.1.1.2 實驗參數(shù)

4、實際板數(shù)：10設(shè)備參數(shù)：塔板直徑58mm，塔高1.1m，10塊塔板。玻璃再沸器形式塔釜，加熱棒功率500W，自動控溫，容積500mL。塔體導(dǎo)電透明膜加熱保溫（手動控制），常壓操作，回流1-99秒自控。2.2 阿貝折射儀、針筒、燒杯2.3 實驗原理液體在塔釜加熱，沸騰后形成上升蒸汽，由于不同組分的輕重組份間不同的揮發(fā)度，上升蒸汽與沸騰液體有不同的組成。在塔頂冷凝，需要部分回流，可達(dá)到塔頂輕組分增濃，塔底重組分提濃的目的。以原料液進(jìn)入的加料版以上的塔段位精餾段，加料板以下的塔段成為提餾段。根據(jù)分離要求，選擇適當(dāng)?shù)奈恢眉尤氪蛛x料液。在精餾段中上升蒸汽與回流之間進(jìn)行物質(zhì)傳遞，使上升蒸汽中輕組份不斷增

5、濃，至塔頂達(dá)到要求濃度。在提餾段中，下降液流與上升蒸汽間的物質(zhì)傳遞使下降液流中的輕組份轉(zhuǎn)入汽相，重組份則轉(zhuǎn)入液相，下降液流中重組份濃度不斷增濃，至塔底達(dá)到要求濃度。 對于二元物系，如已知氣汽液平衡數(shù)據(jù)（表一），則根據(jù)精餾塔的原料液組成、精料熱狀況、操作回流比等則可以求出理論塔板NT。按照式可以得到總塔板效率ET（NP為實際塔板數(shù)）。表一 常壓下乙醇正丙醇汽液平衡數(shù)據(jù)t/97.6093.8592.6691.6088.3286.2584.9884.1383.0680.5078.38X00.1260.1880.2100.3580.4610.5460.6000.6630.8841Y00.2400.31

6、80.3490.5500.6500.7110.7600.7990.9141由表一數(shù)據(jù)，可得常壓下乙醇正丙醇汽液平衡圖，如下：圖一 常壓下乙醇正丙醇汽液平衡圖表2 溫度折光指數(shù)液相組成之間的關(guān)系 折光指數(shù)質(zhì)量分率25303501.38271.38091.37900.050521.38151.37961.37750.099851.37971.37841.37620.19741.37701.37591.37400.29501.37501.37551.37190.39771.37301.37121.36920.49701.37051.36901.36700.59901.36801.36681.3650

7、0.64451.36071.36571.36340.71011.36581.36401.36200.79831.36401.36201.36000.84421.36281.36071.35900.90641.36181.35931.35730.95091.36061.35841.36531.0001.35891.35741.3551 4 2.4 實驗步驟實驗前準(zhǔn)備工作。將阿貝折射儀配套的超級恒溫水浴調(diào)整運行到所需溫度，并記下這個溫度。檢查取樣用的注射器和擦鏡紙是否準(zhǔn)備好。2.4.1全回流操作。向塔頂冷凝器通入冷凝水，接通塔釜加熱器電源，設(shè)定加熱功率進(jìn)行加熱。當(dāng)塔釜中液體開始沸騰時，每2min分

8、鐘測定塔頂、塔釜溫度，直至塔頂溫度穩(wěn)定保持恒定5min后，記下塔頂T頂、塔底T底和原料溫度T原料，記錄溫度后在塔頂和塔釜、進(jìn)料口分別取樣，用阿貝折射儀測定樣品折射率nD、nW、nF。 2.4.2部分回流比操作 打開塔釜冷卻水，冷卻水流量以保持塔釜流出液溫度接近室溫為準(zhǔn)。調(diào)節(jié)進(jìn)料泵的轉(zhuǎn)速，以1.52.0L/h的流量向塔內(nèi)加料。用回流比控制調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)回流比R=5:1。溜出液收集在塔頂容量瓶中：塔釜產(chǎn)品經(jīng)冷卻后由溢流管流出，收集在塔底的儲槽中。等操作穩(wěn)定后，觀察板上傳質(zhì)狀況，記下加熱電壓、電流、塔頂溫度等有關(guān)數(shù)據(jù)，整個操作中維持進(jìn)料流量計讀書不變，用注射器取下塔頂、塔底、進(jìn)料三處樣品，用阿貝折射儀分

9、析。分別調(diào)節(jié)回流比R=4:1、R=3:1、R=2:1，按照以上步驟操作，記下相關(guān)數(shù)據(jù)。2.4.3 不同進(jìn)料流量操作打開塔釜冷卻水，冷卻水流量以保持塔釜流出液溫度接近室溫為準(zhǔn)。調(diào)節(jié)進(jìn)料泵的轉(zhuǎn)速，以2.0L/h的流量向塔內(nèi)下面板加料。用回流比控制調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)回流比R=4:1。溜出液收集在塔頂容量瓶中：塔釜產(chǎn)品經(jīng)冷卻后由溢流管流出，收集在塔底的儲槽中。等操作穩(wěn)定后，觀察板上傳質(zhì)狀況，記下加熱電壓、電流、塔頂溫度等有關(guān)數(shù)據(jù)，整個操作中維持進(jìn)料流量計讀書不變，用注射器取下塔頂、塔底、進(jìn)料三處樣品，用阿貝折射儀分析。調(diào)節(jié)進(jìn)料流量為4.0L/h和6.0L/h，按照上步驟操作，記下相關(guān)數(shù)據(jù)。2.5 實驗結(jié)果2.

10、5.1實驗原始數(shù)據(jù) 2.5.1.1（全回流）各塔頂、塔底溫度隨時間的變化時間（min）塔頂溫度（）塔釜溫度（）折射率018.890.1218.990.3419.090.6619.090.7819.090.91019.191.11219.391.51619.491.72019.892.02246.492.12360.092.12466.692.42674.792.42877.692.82977.492.73077.692.73177.692.83277.793.03377.793.02.5.2全回流操作（R=）溫度T/樣品折射率n樣品質(zhì)量分率摩爾分率塔頂77.71.36700.592130.65

11、450原料26.01.37600.208640.25598塔底93.01.38100.023400.030252.5.1.1 精餾段方程求解已知R=，XD=0.65450,則精餾段操作方程為2.5.1.2全塔效率ET由Xd=0.6545 Xw=0.0234，作圖求理論板數(shù)全回流下理論塔板由上圖可知，過程共需塔板為5塊理論板，則：2.5.2部分回流2.5.2.1 回流比R=5 溫度T/樣品折射率n質(zhì)量分率摩爾分率塔頂77.01.36650.61340.6742原料26.01.37800.12340.1551塔底92.51.3800.03820.04932.5.2.1.1 q線方程求解：由表1可知

12、，進(jìn)料溫度t=26 在0.1551的進(jìn)料熱狀況下，混合液體的泡點溫度為93.29。 乙醇在平均溫度59.65下的比熱容Cp=3.08KJ/（Kg*k），正丙醇在59.65下的比熱容Cp=2.88KJ/（Kg*k），乙醇在93.29下的汽化熱r1=760KJ/Kg，正丙醇在93.29下的汽化熱r2=510KJ/Kg。所以：混合液體比熱容：混合液體汽化熱：因此： q=1.356故q線方程為2.5.2.1.2精餾段方程求解已知R=5，則精餾段操作方程為，2.5.2.1.3 全塔效率ET作圖求理論板數(shù)由上圖可知，過程共需塔板為四塊理論板，則：2.5.2.2 回流比R=4 溫度T/樣品折射率n質(zhì)量分率摩

13、爾分率塔頂77.71.36710.58790.6504原料26.01.37700.16600.2061塔底92.11.38000.03820.04932.5.2.2.1 q線方程求解：由表1可知， 進(jìn)料溫度t=26 在的進(jìn)料熱狀況下，混合液體的泡點溫度為91.79。 乙醇在平均溫度58.90下的比熱容Cp=3.05KJ/（Kg*k），正丙醇在58.90下的比熱容Cp=2.86KJ/（Kg*k），乙醇在91.79下的汽化熱r1=765KJ/Kg，正丙醇在91.79下的汽化熱r2=520KJ/Kg。所以：混合液體比熱容：混合液體汽化熱：因此： q=1.337故q線方程為2.5.2.2.2精餾段方程

14、求解已知R=4， ,則精餾段操作方程為2.5.2.2.3 全塔效率ET作圖求理論板數(shù) 由上圖可知，過程共需塔板為7塊理論板，則：2.5.2.3 回流比R=3 溫度T/樣品折射率n質(zhì)量分率摩爾分率塔頂77.51.36600.634740.6939原料26.01.37600.208640.2559塔底93.01.38050.016890.02192.5.2.3.1 q線方程求解由表1可知， 進(jìn)料溫度t=26 在的進(jìn)料熱狀況下，混合液體的泡點溫度為90.58。 乙醇在平均溫度58.29下的比熱容Cp=3.03KJ/（Kg*k），正丙醇在58.29下的比熱容Cp=2.83KJ/（Kg*k），乙醇在90

15、.58下的汽化熱r1=765KJ/Kg，正丙醇在90.58下的汽化熱r2=508KJ/Kg。所以：混合液體比熱容：混合液體汽化熱：因此： q=1.3304故q線方程為2.5.2.3.2 精餾段方程求解已知R=3， ,則精餾段操作方程為2.5.2.3.2 全塔效率ET作圖求論板數(shù)由上圖可知，過程共需塔板為7塊（包括再沸器）理論板，則：表三 回流比與總板效率匯總回流比543塔底乙醇摩爾分率0.030250.04930.04930.0219塔頂乙醇摩爾分率0.65400.67420.65040.6939理論板層數(shù)/層5477總板效率/%44.4433.3366.6666.662.5.3不同進(jìn)料流量操

16、作2.5.3.1 V=20mL/min F=1.2L/h回流比R=5 進(jìn)料流量：V=20mL/min F=1.2L/h溫度T/樣品折射率n樣品質(zhì)量分率樣品摩爾分率塔頂77.11.36710.58790.6504原料26.01.37800.12340.1551塔底92.71.38020.02970.03842.5.4.1.1 q線的求取進(jìn)料液體的平均溫度=查表得平均溫度下的參數(shù)：、則則所以q線的斜率=2.5.4.1.2全塔效率ET作圖求理論板數(shù)求得理論板數(shù)為： 6-1=5（不包括再沸器），理論進(jìn)料板為第 3塊板。已知實際板數(shù)為10塊，則總板效率：2.5.4.2 V=25mL/min F=1.5L

17、/h回流比R=5 進(jìn)料流量：V=25mL/min F=1.5L/h溫度T/樣品折射率n樣品質(zhì)量分率樣品摩爾分率塔頂77.01.36650.61340.6742原料26.01.37800.12340.1551塔底92.51.38000.03820.0493數(shù)據(jù)處理方法同上。作圖求理論板數(shù)ET=2.5.4.3 V=50mL/min F=3.0L/h回流比R=5 進(jìn)料流量：V=50mL/min F=3.0L/h溫度T/樣品折射率n樣品質(zhì)量分率樣品摩爾分率塔頂77.31.36870.51970.5853原料261.37800.12340.1551塔底92.11.38010.03390.0438數(shù)據(jù)處理

18、方法同上，得ET=表四進(jìn)料量與總板效率匯總進(jìn)料量L/h1.21.53.0塔底乙醇摩爾分率0.04910.04930.0438塔頂乙醇摩爾分率0.65040.67420.5853理論板層數(shù)/層665總板效率/%55.55%55.55%44.44%2.6 結(jié)論 1、2、保持進(jìn)料流量、進(jìn)料塔板位置等條件不變，探討不同進(jìn)料量對總塔板效率的影響，可以看出進(jìn)料流量增大，總塔板效率降低。參考文獻(xiàn)：1朱學(xué)軍.采用乙醇-水物系間歇精餾的實驗研究J.攀枝花學(xué)院學(xué)報,2002(5);81-82.2張近.化工基礎(chǔ)M.高等教育出版社，2002.201-207.3楊兆娟.乙醇-水精餾節(jié)能技術(shù)分析J.青海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2001（3）；4阮奇等. 化工原理優(yōu)化設(shè)計與解題指南. 北京：化學(xué)化工出版社, 2008-115夏青，陳常貴.化工原理（上冊）M.天津大學(xué)出版社，2005.16夏青，陳常貴.化工原理（下冊）M.天津大學(xué)出版社，2005.12.7致謝 終于做完精餾實驗設(shè)計性項目，此時此刻，我得衷心向在這次設(shè)計性實驗過程中對我施以幫助的老師們，同學(xué)們。尤其是班主任尚老師，在實驗施行之前，曾花費了大半時間來引導(dǎo)我